[发明专利]一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法

说明书

本发明涉及一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，步骤为：在机械设备的正上方布置麦克风阵列；通过麦克风阵列采集被测信号，获得电压信号；求得电压信号映射到平面空间测试点的导向矩阵；对时域信号做FFT变换，获得频率信息；进行初步的故障检测定位；利用映射关系和iFFT求逆变换求得每一个机器平面上的测试点的时间序列；对测试点的时间序列进行谱峭度的特征提取，谱峭度的大小做为波束形成定位算法的权重；根据数值的相对大小进行成像，获得故障声源产生的位置。本发明利用声源定位技术，将波束形成算法和谱峭度特征提取方法相结合，能够检测出可能淹没在设备工作时产生的噪声中的冲击信号，从而更好地定位出机械故障发生位置。

技术领域

本发明涉及一种机械故障检测技术，具体为一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法。

背景技术

机械故障诊断方法有很多，传统的机械设备的故障诊断大多数是基于振动信号的测量和分析。机械振动故障检测方法是将振动传感器安装在设备上，比如安装在轴承处或需要测量的部位，进行信号的获取，这些振动信号包含了机械内部运动部件各种变化信息。通过分辨正常振动和非正常振动，采集振动参数，然后对这些信号进行特征提取，判断机械运行的技术状态是否正常，进而定位出故障产生的位置。这是一种接触式的检测方法，需要工作人员将传感器贴于机械内部，可能会对工作人员造成一定的危险。由于放置于机械内部的传感器个数有限，测定的位置信号不全面，往往无法全局性地检测出机械中故障发生地位置。同时贴于机械上的传感器也可能会对采集到的信号造成影响。

发明内容

针对现有技术中采用接触式进行机械故障检测导致测定的位置信号不全面、无法全局性地检测出机械中故障发生地的位置等不足，本发明为解决这一系列问题提供一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，可以更好地检测出可能淹没在机械工作时产生的噪声当中的故障信号，其中故障信号常常为冲击信号，从而更好地定位出机械故障产生的位置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，包括以下步骤：

1)在机械设备的正上方布置麦克风阵列；

2)通过麦克风阵列采集被测信号，获得被测声音在时域的电压信号；

3)求得麦克风采集到的电压信号映射到平面空间测试点的导向矩阵；

4)对麦克风收集到的时域信号做FFT变换，利用导向矩阵获得频率信息；

5)利用波束成形在频域中对声源进行定位的思想进行初步的故障检测定位；

6)利用p＝Hq的映射关系，再利用iFFT求逆变换求得每一个机器平面上的测试点的时间序列；其中，p为麦克风收集到的信号，H为导向矩阵，q为将麦克风收集到的信号通过导向矩阵一一映射到机械平面每个测试点获得的序列；

7)对每一个机器平面上的测试点的时间序列进行谱峭度的特征提取，谱峭度的大小做为波束形成定位算法的权重；

8)根据数值的相对大小进行成像，获得故障声源产生的位置。

所述步骤1)中麦克风阵列为：

选用N个麦克风，布置在一个平面上形成麦克风阵列，该麦克风阵列平面平行放置在机械设备的正上方，相距30～90cm。

步骤2)中，获得被测声音在时域的电压信号包括：

201)麦克风阵列的中心点为坐标原点，以麦克风所在平面为xoy平面，以垂直于xoy平面，且过中心点直线为z轴，建立空间直角坐标系；

202)计算中心点到各麦克风的方向矢量，方向指向各麦克风，长度为中心点到各麦克风的距离R。